6. Оснащение рабочего места
6.1. Дидактический материал: справочник физико-химических величин.
6.2. ТСО: калькуляторы.
6.3. Посуда и приборы:
-
калориметр, термометр, 2 мерных цилиндра
на группу
6.4. Объекты исследования :
1 н раствор Н2SO4.
на группу
6.5. Реактивы:
1н раствор КОН
на группу
7. Содержание занятия
7.1. Типовой тест входного контроля
1. Человек - система
1) открытая; 2) закрытая; 3) изолированная; 4) гомогенная.
2. Мера хаотичности системы –
1) энтальпия; 2) энтропия; 3) теплота; 4) работа.
3. Реакция возможна, если
1) ∆Gо > 0; 2) ∆Но > 0; 3) ∆S < 0; 4) ∆Gо < 0.
7.2. Узловые вопросы, необходимые для усвоения темы занятия
1) Основные понятия химической термодинамики. Классификация систем и процессов, примеры. Законы термодинамики.
2) Тепловой эффект процесса. Энтальпия. Экзотермические, эндотермические процессы. Закон Гесса, следствия из него. Термохимические расчеты.
3) Энтропия, ее смысл, изменения в различных процессах, расчет.
4) Энергия Гиббса, ее смысл, расчет.
7.3. Самостоятельная работа студентов
Лабораторная работа
Определение теплоты реакции нейтрализации
2 KOH + H2SO4 = K2SO4 + 2 H2O ∆Нонейтр. = ?
Для определения теплоты процесса служит калориметр (рис.1).
1 – мешалка; 2 – воронка; 3 – внутренний калориметрический сосуд;
4 – наружный калориметрический сосуд; 5 – крышка с тремя отверстиями; 6 – термометр.
Ход работы. Во взвешенный калориметрический стакан налейте 30 мл 1н раствора щелочи KOH, измерьте термометром температуру раствора до реакции (t1). В другой цилиндр налейте 30 мл 1н раствора H2SO4. Быстро влейте раствор кислоты в калориметр к раствору щелочи, осторожно перемешайте раствор и отметьте самую высокую температуру раствора (t2). Приняв теплоемкость раствора Ср = 4,18 Дж/(г∙град.), стекла Сс = 0,75 Дж/(г∙град.), зная массы раствора (60 г) и калориметрического стакана, вычислите количество теплоты, выделившейся в результате реакции (∆Н). Теплоту нейтрализации (стандартную энтальпию нейтрализации ∆Н0нейтр.) рассчитайте по формуле:
∆Н0нейтр. = ∆Н/n,
где n – количество вещества кислоты (или щелочи);
n = C.V = 1моль/л . 0,03 л = 0,03 моль.
Определите абсолютную и относительную ошибки опыта.
Справочная ∆Н0нейтр.= - 57,2 кДж/моль. Результаты опыта занесите в таблицу.
№ |
Величина |
Обозначение, ед. изм. |
Значение |
1. |
Масса калориметрического стакана |
mc,г |
|
2. |
Начальная температура |
t1, oC |
|
3. |
Конечная температура |
t2, oC |
|
4. |
Теплоемкость системы |
∑С = Срmp+Ccmc, Дж/г) |
|
5. |
Количество выделившейся теплоты |
∆Н = - ∑С∙( t2- t1), Дж |
|
6. |
Теплота нейтрализации экспериментальная |
∆Н0нейтр = ∆Н/0,03, Дж/моль |
|
7. |
Абсолютная погрешность опыта |
δ =∆Н0нейтр.теор.- ∆Н0нейтр.эксп. |
|
8. |
Относительная погрешность опыта |
δотн. =│δ/∆Н0нейтр. теор.│∙100% |
|
Сделайте вывод. Объясните вероятные причины отклонений значения ∆Н0нейтр. экспериментального от теоретического.
7.4. Контроль усвоения темы занятия.
Типовой тест выходного контроля
1. Реакция гидролиза АТФ –
1) экзотермическая; 2) эндотермическая; 3) адиабатическая.
2. Критерием самопроизвольности биологических реакций является
1) ∆S; 2) ∆H; 3) ∆G; 4) ∆U.
3. При сгорании 4,6 г выделяется 137 кДж теплоты. ∆H сгорания этанола равна
1) -1370 2) 1370 3) -2740 4) 2740 кДж/моль
Типовые задачи
1. Определите тепловой эффект реакции (∆Ноr ) гидролиза мочевины – продукта жизнедеятельности организма по ∆Ноf веществ:
CO(NH2)2 + H2O = CO2 + 2 NH3
∆Ноf. - 319 - 286 - 414 - 80 кДж/моль
(Ответ: 31 кДж).
2. Вычислите тепловой эффект реакции спиртового брожения глюкозы (∆Ноr) при стандартных условиях (с.у.) по теплотам сгорания веществ (∆Нос):
С6Н12О6 = 2 С2Н5ОН + 2 СО2
∆Нос - 2810 - 1371 0 кДж/моль
(Ответ: - 68 кДж).
3. Рассчитайте энтальпию гидратации сульфата натрия, если энтальпия растворения безводной соли Na2SO4 равна -2,3 кДж/моль, а энтальпия растворения кристаллогидрата Na2SO4 ∙10Н2О равна + 78,6 кДж/моль.
(Ответ: - 80,9 кДж/моль).
4. Вычислите изменение энтропии для реакции образования глицилглицина при с.у. по энтропиям образования веществ:
2H2N-CH2-COOH → H2N-CH2-CO-NH-CH2-COOH + H2O
Sо f 159 231 70 Дж/(моль∙К)
(Ответ: - 17 Дж/К).
5. Вычислите изменение энергии Гиббса для реакции гликолиза. Возможна ли реакция в с.у.?
С6Н12О6 → 2 С3Н6О3(молочная кислота)
Gоf – 917 - 539 кДж/моль
(Ответ: - 161 кДж ).
6. Вычислите ∆Gо реакции денатурации трипсина при 50 оС, если ∆Ноr = 283кДж/моль, ∆Sr = 288 Дж/(моль∙К). Возможна ли реакция в с.у.? Оцените вклад энтальпийного и энтропийного факторов.
(Ответ: 190 кДж/моль).
7. Теплоты сгорания углеводов и белков в организме человека составляют 4,1 ккал/г, жиров – 9,3 ккал/г. Среднесуточная потребность студента в белках, жирах, углеводах составляет соответственно 113, 106 и 451г. Рассчитайте суточную энергетическую потребность среднестатистического студента.
(Ответ: 3300 ккал).
8. Проверьте, нет ли угрозы, что оксид азота (I), применяемый в медицине в качестве наркотического средства, будет окисляться кислородом воздуха до токсичного оксида азота (II):
2N2O(г) + O2(г) = 4NO(г).
(Ответ: нет).